1971年Gourand提出“漫反射模型十插值"的思想，被称为Gourand明暗处理1975年，Phong提出了著名的简单光照模型-Phong模型-实体造型技术·英国剑桥大学CAD小组的Build系统·美国罗彻斯特大学的PADL-1系统80年代及以后图形硬件和各个分支均在这个时期飞速发展标准化、集成化、智能化多媒体技术、人工智能、科学计算可视化、虚拟现实三维造型技术（二）CAD技术的应用1、CAD技术的应用领域工程和产品的设计仿真模拟艺术模拟计算机艺术用计算机软件从事艺术创作二维平面的画笔程序（如CorelDraw，Photoshop，PaintShop）图表绘制软件（如Visio）三维建模和染软件包（如3DMAX，Maya）、以及一些专门生成动画的软件（如Alias，Softimage)优点：提供多种风格的画笔画刷提供多种多样的纹理贴图，甚至能对图象进行雾化，变形等操作可以任意修改，取消败笔不足：-无法达到传统绘画中风格化的艺术效果一很难得到有素描效果、油画效果的艺术品办公自动化、电子印刷...2、CAD技术在包装行业的应用包装纸盒/纸箱、塑料和玻璃容器、缓冲包装、包装装潢三、CAD技术的发展趋势1、网络化
• 1971 年 Gourand 提出“漫反射模型＋插值”的思想，被称为 Gourand 明暗处理 • 1975 年，Phong 提出了著名的简单光照模型- Phong 模型 – 实体造型技术 • 英国剑桥大学 CAD 小组的 Build 系统 • 美国罗彻斯特大学的 PADL-1 系统 80 年代及以后 – 图形硬件和各个分支均在这个时期飞速发展 – 标准化、集成化、智能化 – 多媒体技术、人工智能、科学计算可视化、虚拟现实 – 三维造型技术 （二）CAD 技术的应用 1、CAD 技术的应用领域 – 工程和产品的设计 – 仿真模拟 – 艺术模拟 计算机艺术 用计算机软件从事艺术创作 二维平面的画笔程序（如 CorelDraw，Photoshop，PaintShop） 图表绘制软件（如 Visio） 三维建模和渲染软件包（如 3DMAX，Maya）、以及一些专门生成动画的软件（如 Alias， Softimage） 优点： – 提供多种风格的画笔画刷 – 提供多种多样的纹理贴图，甚至能对图象进行雾化，变形等操作 – 可以任意修改，取消败笔 不足： –无法达到传统绘画中风格化的 艺术效果 –很难得到有素描效果、油画效果的艺术品 办公自动化、电子印刷. 2、 CAD 技术在包装行业的应用 包装纸盒/纸箱、塑料和玻璃容器、缓冲包装、包装装潢 三、CAD 技术的发展趋势 1、 网络化
2卫(a)一口卫图1常见的网络拓朴结构（a）总线：（b）星型：（c）令牌环2、智能化机接专家系统（知识库）数据库知识获取部分数据库解释部分用户工程数据库管理系统图形处理系统维摩机各种应用子系统图1-2智能CAD系统示意图图1-3专家系统示意图1.3CAD系统的硬件和软件一、CAD系统的组成CAD系统的基本构成CAD系统单用户和网络模式A人机对请主用外存储器输出装置图1-4CAD系统的基本构成图1-5CAD系统单用户应用模式图1-6CAD系统网络应用模式1-扫推仪2-主机箱3整示器4键匙 5-版标 6-酸光打印机 7-给图机二、CAD系统的硬件二、CAD系统的硬件
图 1 常见的网络拓朴结构（a）总线；（b）星型；（c）令牌环 2、 智能化 1.3 CAD 系统的硬件和软件 一、CAD 系统的组成 CAD 系统的基本构成 CAD 系统单用户和网络模式 二、CAD 系统的硬件
主机CPU、内存外存硬盘、软盘、CD光盘、DVD光盘、优盘...输入设备一第一阶段：控制开关、穿孔纸等等二第二阶段：键盘一第三阶段：二维定位设备，如鼠标、光笔、图形输入板、触摸屏等等，语音-第四阶段：三维输入设备（如空间球、数据手套、数据衣），用户的手势、表情等等D4第五阶段：用户的思维数字化坐标仪数字化仪由一块平板和一个探头组成。它按工作原理的不同而分为电磁式的、超声波式的、磁致伸缩的、机械式的等等多种。1）机械式坐标数字化仪导轨和测头沿两个方向移动，带动光栅轮移动，产生光电信号，从而得到两点相对距离的坐标数；2）超声波式坐标数字化仪图1-9坐标数字化仪示意图1-菜单表2-定标器 3-浮动键盘利用X，Y方向的超声波传感器和拾取坐标点的4-X、Y坐标显示器笔尖上的超声波发生器，通过记录的超声波到X，Y边的最小时间换算出两点间的距离；3）全电子式坐标数字化仪在平板的板面下边，是一块由x方向和y方向组成的导线风印刷线路板。平板内装有一套电子线路，它向导线网的x方向线与y方向线依次进行时序脉冲扫瞄。扫描电流对导线的瞬间激励会引起一个时序脉冲的时间进行比较之后，探头所在的位置数据就可以自动得出并送入计算机。4）三维数字化仪这类设备是能过插动的方法将3D物体的表面结构（线框）输入到计算机形成计算机内的3D线框图模型，直接用于真实感显示。前面的2D数字化仪可视为其特例。因此这类设备称为3D数字化仪（3DDigitizer）。传统的CAD技术致力于在计算机中设计和装配几何形体，但那些习惯于创作雕塑的高等师却难以将他们丰富的创造逼真而快速地输入到计算机内，因此大大限制了CAD造型在许多领域中的应用。然而，3D自动数字化仪的出现将以上二个截然不同的高等世界有机地集中到了一起。这一设备能够自动地将3D物体的表面形状以及色彩的信息输入到计算机中。3D数字化仪的工作原理是：投射一组垂直的光线到物体上，镜子从二个视点捡取光
主机 CPU、内存 外存 硬盘、软盘、CD 光盘、DVD 光盘、优盘. 输入设备 – 第一阶段：控制开关、穿孔纸等等 – 第二阶段：键盘 – 第三阶段：二维定位设备，如鼠标、光笔、图形输入板、触摸屏等等，语音 – 第四阶段：三维输入设备（如空间球、数据手套、数据衣），用户的手势、 表情等等 – 第五阶段：用户的思维 数字化坐标仪 数字化仪由一块平板和一个探头组成。它按工作 原理的不同而分为电磁式的、超声波式的、磁致伸缩的、 机械式的等等多种。 1） 机械式坐标数字化仪 导轨和测头沿两个方向移动，带动光栅轮移动，产生光 电信号，从而得到两点相对距离的坐标数； 2） 超声波式坐标数字化仪 利用 X，Y 方向的超声波传感器和拾取坐标点的 笔尖上的超声波发生器，通过记录的超声波到 X，Y 边的 最小时间换算出两点间的距离； 3） 全电子式坐标数字化仪 在平板的板面下边，是一块由 x 方向和 y 方向组成的导线风印刷线路板。平板内装 有一套电子线路，它向导线网的 x 方向线与 y 方向线依次进行时序脉冲扫瞄。扫描电流对导 线的瞬间激励会引起一个时序脉冲的时间进行比较之后，探头所在的位置数据就可以自动得 出并送入计算机。 4） 三维数字化仪 这类设备是能过插动的方法将 3D 物体的表面结构（线框）输入到计算机形成计算机 内的 3D 线框图模型，直接用于真实感显示。前面的 2D 数字化仪可视为其特例。因此这类设 备称为 3D 数字化仪（3D Digitizer）。传统的 CAD 技术致力于在计算机中设计和装配几何 形体，但那些习惯于创作雕塑的高等师却难以将他们丰富的创造逼真而快速地输入到计算机 内，因此大大限制了 CAD 造型在许多领域中的应用。然而，3D 自动数字化仪的出现将以上 二个截然不同的高等世界有机地集中到了一起。这一设备能够自动地将 3D 物体的表面形状 以及色彩的信息输入到计算机中。 3D 数字化仪的工作原理是：投射一组垂直的光线到物体上，镜子从二个视点捡取光
照射后得到的的轮廓。然后用一个高精度的传感器进行扫描，经由特殊的电路将视频图象数字化从面临是到一个矩形区域的范围表（RangeMap），这是一个关于距离测量数组。数字化仪以这样每投射一组光线得到一个轮廓的办法，沿着物体的周围，扫掠一遍，直到创建一个描述整个物体的范围表为止。Cyberware每秒种收集15000个范围的测量。工作站上的数字化仪最后将范围表经由标准以太网连接送到工作站上的数据库，数据的输出可以是任何一种现有的图形CAD软件所识别的格式，如DXF等等。基本工作原理：电磁感应主要性能指标：1、最大有效幅面2、数字化的速率3、最高分辨率扫描仪Microtek公司率先推出了世纪性产品：扫描议，从此为微机带来了眼睛。扫描仪是通过光电转换，点阵采样的方式，将一幅画面变为数字图象的设备。它由三部分组成：1.扫描头它由两部分构成：光源发射部分发射出一束细窄的光线到画面上，光线接收部分接收画面所反的光线并转换为电信号。2.控制电路它将扫描头输出的电信号整形，并通过A/D线路转换为表达方位与光强度的数字信号输出。3.移动扫描机构它使扫描头相对于画在作x和y方向的二维扫描移动。按照移动机构的不同，扫描仪可以分为两类：平板式和滚筒式。前者将画面固定在平面上，扫描头在画面上作二维水平扫描移动。后者将画面固定在一个滚筒上，扫描头只作y方向的一维移动，而x方向的移动则由滚筒的旋转完成。扫描仪的精度一般在300~600点/时以上。可高达每寸2400点，甚至4800,9600dpi。画面通过扫描仪变为一幅数字矩阵图象。其中每一点和值代表画面上对应点的反射光线强度，即该点的亮度。扫描仪也可用摄象机代替。摄象机价格便宜、速度快，可3输入运动的实物形象，但精度较差。一般摄象机每幅画面的分度在640×640左右。它可用于对精度要求不高的CAI领域。主要结构：扫描头、主板、机械结构和附件主要性能指标：1、彩色位数：2、灰度等级：3、分辨率系统外国CPU存储器设备ⅡⅡ统总线V显示显示处理视频赖缓存处理器存储器控制器图1-11光栅扫描显示系统结构图图形显示系统-CRT显示器
照射后得到的的轮廓。然后用一个高精度的传感器进行扫描，经由特殊的电路将视频图象数 字化从面临是到一个矩形区域的范围表（Range Map），这是一个关于距离测量数组。数字 化仪以这样每投射一组光线得到一个轮廓的办法，沿着物体的周围，扫掠一遍，直到创建一 个描述整个物体的范围表为止。Cyberware 每秒种收集 15000 个范围的测量。工作站上的数 字化仪最后将范围表经由标准以太网连接送到工作站上的数据库，数据的输出可以是任何一 种现有的图形 CAD 软件所识别的格式，如 DXF 等等。 基本工作原理：电磁感应 主要性能指标： 1、最大有效幅面 2、数字化的速率 3、最高分辨率 扫描仪 Microtek 公司率先推出了世纪性产品：扫描议，从此为微机带来了眼睛。扫描仪是通过光 电转换，点阵采样的方式，将一幅画面变为数字图象的设备。它由三部分组成： 1．扫描头 它由两部分构成：光源发射部分发射出一束细窄的光线到画面上，光线接收部分 接收画面所反的光线并转换为电信号。 2．控制电路 它将扫描头输出的电信号整形，并通过 A／D 线路转换为表达方位与光强度的 数字信号输出。 3．移动扫描机构 它使扫描头相对于画在作 x 和 y 方向的二维扫描移动。按照移动机构的不 同，扫描仪可以分为两类：平板式和滚筒式。前者将画面固定在平面上，扫描头在画面上作 二维水平扫描移动。后者将画面固定在一个滚筒上，扫描头只作 y 方向的一维移动，而 x 方向的移动则由滚筒的旋转完成。 扫描仪的精度一般在 300~600 点／时以上。可高达每寸 2400 点，甚至 4800，9600dpi。 画面通过扫描仪变为一幅数字矩阵图象。其中每一点和值代表画面上对应点的反射光线强 度，即该点的亮度。 扫描仪也可用摄象机代替。摄象机价格便宜、速度快，可 3 输入运动的实物形象， 但精度较差。一般摄象机每幅画面的分度在 640×640 左右。它可用于对精度要求不高的 CAD 领域。 主要结构：扫描头、主板、机械结构和附件 主要性能指标：1、彩色位数；2、灰度等级；3、分辨率 图形显示系统 –CRT 显示器
-液晶显示器一等离子显示器一伪三维的显示器，和立体眼睛配合使用-头盔式显示器-CAVE/全景式显示环境阴极射线管（CRT)·阴极射线管（CRT-CathodeRayTube)一组成：包括电子枪、加速结构、聚焦系统、偏转系统、荧光屏加速电极控制栅垂直偏转板艾+★荧光涂层1电子束灯丝TU车阴极水平偏转板聚焦系统一工作原理高速的电子束由电子枪发出，经过聚焦系统、加速系统和磁偏转系统就会到达荧光屏的特定位置。由于荧光物质在高速电子的轰击下会发生电子跃迁，即电子吸收到能量从低能态变为高能态。由于高能态很不稳定，在很短的时间内荧光物质的电子会从高能态重新回到低能态，这时将发出荧光，屏幕上的那一点就会亮了要保持显示一幅稳定的画面，必须不断地发射电子束刷新频率：刷新一次是指电子束从上到下扫描一次的过程·刷新频率高到一定值后，图象才能稳定显示电子枪·电灯丝，阴极和控制栅组成。阴极：由灯丝加热发出电子束，。控制栅：加上负电压后，能够控制通过其中小孔的带负电的电子束的强弱。通过调节负电压高低来控制电子数量，即控制荧光屏上相应点的亮度。聚焦系统保证电子束在轰击屏幕时，汇聚成很细的点。偏转系统。控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。：电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度就会增大。到达屏幕最边缘的偏转角度被称为最大偏转角·最大偏转角是衡量系统性能的最重要的指标，显示器长短与此有关·CRT显示器屏幕越大整个显象管就越长荧光屏荧光物质：当它被电子轰击时发出亮光
–液晶显示器 –等离子显示器 –伪三维的显示器，和立体眼睛配合使用 –头盔式显示器 –CAVE/全景式显示环境 阴极射线管（CRT) ⚫ 阴极射线管(CRT- Cathode Ray Tube) – 组成：包括电子枪、加速结构、聚焦系统、偏转系统、荧光屏 – 工作原理 • 高速的电子束由电子枪发出，经过聚焦系统、加速系统和磁偏转系 统就会到达荧光屏的特定位置。由于荧光物质在高速电子的轰击下 会发生电子跃迁，即电子吸收到能量从低能态变为高能态。由于高 能态很不稳定，在很短的时间内荧光物质的电子会从高能态重新回 到低能态，这时将发出荧光，屏幕上的那一点就会亮了 – 要保持显示一幅稳定的画面，必须不断地发射电子束 – 刷新频率 • 刷新一次是指电子束从上到下扫描一次的过程 • 刷新频率高到一定值后，图象才能稳定显示 电子枪 • 电灯丝，阴极和控制栅组成。 • 阴极：由灯丝加热发出电子束， • 控制栅：加上负电压后，能够控制通过其中小孔的带负电的电子束的强弱。通过调 节负电压高低来控制电子数量，即控制荧光屏上相应点的亮度。 聚焦系统 保证电子束在轰击屏幕时，汇聚成很细的点。 偏转系统 • 控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。 • 电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度就会增大。到达屏幕最边缘的偏转角度被称 为最大偏转角 • 最大偏转角是衡量系统性能的最重要的指标，显示器长短与此有关 • CRT 显示器屏幕越大整个显象管就越长 荧光屏 荧光物质：当它被电子轰击时发出亮光